способ обработки цементных растворов

Формула изобретения

Способ активации цементного раствора, включающий его обработку чередующимися высоковольтными электрическими пробоями межэлектродного промежутка и растекающимися в этом растворе импульсными токами, при количестве электрических пробоев 40 - 50 % от общего числа подаваемых импульсов, отличающийся тем, что осуществляют дополнительную обработку зарядным током, измеряют зарядный ток не менее чем в двух точках раствора, равноудаленных от межэлектродного промежутка и при равенстве измеряемых токов обработку прекращают.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геологоразведочной, нефте- и горнодобывающим отраслям промышленности и может быть использовано для обработки цементных растворов, а также глиноцементных, тампонажных и других видов буровых растворов.

Известен способ обработки цементных растворов (А.С. СССР №587238, МПК Е 21 В С 04 В 33/138, приор. от 4.07.73 г.), при котором на раствор воздействуют мощными ударными волнами, возникающими вследствие высоковольтных импульсных разрядов между высоковольтными и заземленными электродами с энергией единичного импульса от единиц до десятков килоджоулей.

Недостатком данного способа обработки цементных растворов является недостаточно высокая эффективность процесса активации цементов, что приводит к большим энергозатратам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранный нами за прототип способ обработки цементных растворов путем воздействия высоковольтными электрическими импульсами (А.С. СССР №1225218, МПК С 04 В 40/00, опубл. 30.08.94 г.), при котором цементный раствор помещается в камеру со встроенными электродами, воздействуют электрическими импульсами с параметрами, которые для 40-50% импульсов обеспечивают электрический пробой межэлектродного промежутка, а для остальных импульсов - растекание импульсных токов в обрабатываемом растворе без пробоя между электродами.

Недостатками данного способа являются длительное время обработки и большие энергозатраты. Это связано с тем, что датчики давления контролируют процесс обработки цементного раствора по амплитуде ударных волн только в течение 40-50% от общего времени обработки раствора, т.е. когда происходит пробой межэлектродного промежутка, а в то время, когда пробоя нет, на раствор воздействуют только растеканием импульсных токов. Тогда информации о ходе процесса нет. Таким образом отсутствует непрерывная информация о ходе процесса обработки цементного раствора импульсными электрическими разрядами, что приводит к увеличению времени его проведения и перерасходу энергии.

Основной технической задачей предлагаемого изобретения является уменьшение энергозатрат и снижение времени обработки за счет снижения числа импульсов. Уменьшение энергии и количества импульсов по сравнению с прототипом позволяет снизить энергозатраты и время обработки цементного раствора в 1,14 раза.

Основная техническая задача достигается тем, что в способе активации цементного раствора, включающем его обработку чередующимися высоковольтными электрическими пробоями межэлектродного промежутка и растекающимися в этом растворе импульсными токами при количестве электрических пробоев 40-50% от общего числа подаваемых импульсов, согласно предложенному осуществляют дополнительную обработку зарядным током, измеряют зарядный ток не менее чем в двух точках раствора, равноудаленных от межэлектродного промежутка, и при равенстве измеряемых токов обработку прекращают.

Пример конкретного выполнения

На чертеже представлена схема установки для осуществления способа обработки цементных растворов высоковольтными электрическими импульсами. Установка выполнена в виде зарядного устройства, состоящего из высоковольтного трансформатора 1 и выпрямителя 2, подсоединяемых к генератору импульсов, представленного конденсаторной батареей 3 и шаровым разрядником 4. В рабочей камере 5 располагаются высоковольтные электроды 6 и 7, один из которых 6 подключен к конденсаторной батарее, а другой 7 заземлен. В рабочей камере 5 также находятся измерительные электроды 8, которые присоединены к датчику тока 9 через защитную индуктивность 10. Параллельно датчику тока ставится защитное шунтирующее сопротивление 11. Имеется также счетчик импульсов 12.

Для конкретного выполнения данного способа емкость конденсаторной батареи 3 составляет С - 0,5 мкФ, амплитуда импульса - 60 кВ, величина межэлектродного промежутка - 15 мм, частота импульсов - 6 Гц. Дополнительные измерительные электроды 8 размещались напротив друг друга перпендикулярно межэлектродному промежутку на равном расстоянии от него, расстояние 15 см. Используется цементный раствор затворения цемента в технической воде с удельным сопротивлением 310³ Омсм. Удельный вес цементного раствора 1,85 г/см³. Объем раствора 30 л.

Способ осуществляется следующим образом. Приготовленный цементный раствор заливают в рабочую камеру 5. Затем включается установка и происходит зарядка конденсаторной батареи 3 до величины напряжения, необходимого для пробоя воздушного шарового разрядника 4. При этом раствор в рабочей камере 5 подвергается активирующему воздействию зарядного тока. После того как напряжение на конденсаторной батарее достигнет величены пробивного напряжения шарового разрядника 4, он срабатывает и раствор обрабатывается высоковольтными электрическими импульсами. При этом энергетические параметры импульсов выбирают такими, которые для 40-50% импульсов обеспечивали бы электрический пробой межэлектродного промежутка, а для остальных импульсов - растекание импульсных токов в обрабатываем растворе без пробоя между электродами 6 и 7. Таким образом, в одной рабочей камере 5 имеет место три механизма воздействия на обрабатываемый раствор, а именно обработка раствора зарядным током конденсаторной батареи 3 генератора импульсов, гидродинамическими ударами, возникающими при пробое раствора, и воздействием на рабочую среду растекающимися импульсными токами. С помощью счетчика 12 подсчитывается количество импульсов и регистрируется значение протекающего через раствор цемента зарядного тока конденсаторной батареи 3 с помощью измерительных электродов 8, присоединенных к датчикам тока 9. При равенстве показаний датчиков тока 9 обработку прекращают. Эффективность обработки оценивают по прочности цементного камня на изгиб.

В результате была установлена связь между разностью показаний датчиков тока 9 и свойствами цементного камня, что представлено в таблице:

Из таблицы видно, что при равенстве показаний датчиков тока 9 прочность цементного камня на изгиб была максимальной, а если разность показаний отлична от нуля, то прочность цементного камня существенно ниже максимального значения. Разность показаний датчиков тока 9 стала равной нулю, после подачи 1050 импульсов и при дальнейшей обработке это состояние сохранялось, аналогично этому прочность цементного камня достигала максимума при обработке раствора 1050 импульсами и при дальнейшей обработке почти не изменялась. Отсюда следует, что связь между разностью показаний датчиков тока 9, регистрирующихся в двух точках камеры 5 при помощи измерительных электродов 8, значений зарядного тока конденсаторной батареи 3 и свойствами цементного камня установлена, что позволяет своевременно установить момент окончания обработки.

Для сравнения аналогичным образом провели обработку цементного раствора по способу прототипа, при обработке 30 литров раствора требуется 1200 импульсов, при этом прочность цементного камня 76,7 кгс/см². Продолжительность процесса и энергозатраты при обработке определялись энергией единичного импульса в 900 Дж и количеством поданных импульсов.

Таким образом, число импульсов при одинаковых свойствах обрабатываемого раствора снижено на 150 импульсов, суммарные энергозатраты на обработку цементного раствора по заявленному способу составляют 94,510⁴ Дж, а по способу прототипа энергозатраты составили 10810⁴ Дж.

Следовательно, энергозатраты на обработку цементного раствора и время обработки по заявленному способу в 1,14 раза меньше, чем по прототипу.